Последняя теория Стивена Хокинга о нашей Вселенной

Гениальный физик Стивен Хокинг перед смертью успел поделиться с миром еще одной своей идеей — в последней статье, написанной в соавторстве с Томасом Хертогом (Thomas Hertog) из Лёвенского католического университета (KU Leuven), он выдвинул теорию о зарождении Вселенной.

(Lwp Kommunikáció/Flickr)
(Lwp Kommunikáció/Flickr)

По их словам, Вселенная намного проще, чем предполагают современные теории о мультивселенной. Идея Хокинга и Хертога основывается на хаотической теории инфляции — сценарии развития Вселенной в инфляционной модели Вселенной, впервые предложенном в 1979 году и обоснованном в статье 1981 года.

После Большого взрыва Вселенная пережила период экспоненциальной инфляции. Затем расширение замедлилось, а энергия превратилась в материю и излучение.

Согласно хаотической теории инфляции, некоторые пузыри пространства вообще прекратили расширяться или замедлились почти до полной остановки, создав маленькие фрактальные островки статического пространства.

Тем временем в других пузырях пространства инфляция никогда не останавливается из-за квантовых эффектов, что ведет к образованию бесконечного количества мультивселенных.

Согласно этой теории, всё, что мы видим в видимой части Вселенной, находится в одном из таких пузырей, где инфляция остановилась, дав дорогу формированию звезд и галактик.

Визуализация инфляционной мультивселенной (A. Linde/Stanford University)
Визуализация инфляционной мультивселенной (A. Linde/Stanford University)
Обычная хаотическая теория инфляции предсказывает, что наша вселенная похожа на бесконечный фрактал с мозаикой разных карманных вселенных, разделенных расширяющимся океаном, — объясняет Хокинг.
Местные законы физики и химии могут различаться в разных кармашках вселенных, из которых состоит множественная Вселенная. Но мне никогда не нравилась идея множественной Вселенной. Если количество различных вселенных в мультивселенной велико или бесконечно, эту теорию нельзя будет протестировать.

Даже один из авторов хаотической теории инфляции не так давно отказался от этой модели. Пол Стейнхардт, физик из Принстонского университета, официально заявил, что эта теория взяла проблему, которую должна была решить,— теоретизировать Вселенную, которая бы совпадала с нашими наблюдениями ,— и просто перенесла ее в новую модель.

Хокинг и Хертог утверждают, что хаотическая теория инфляции неверна, потому что общая теория относительности Эйнштейна не выполняется на квантовом уровне.

Проблема в том, — объясняет Хертог, —что хаотическая теория инфляции предполагает существование вселенной, которая развивается согласно общей теории относительности, а квантовые эффекты по этой модели являются лишь небольшими отклонениями.
Динамика хаотической теории инфляции размывает разделение между классической и квантовой физикой. И в итоге, теория Эйнштейна целиком распадается в хаотической теории инфляции.

Последняя теория Хокинга основывается на теории струн — модели, которая пытается связать общую теорию относительности с квантовой теорией путем замены частиц-точек на маленькие, вибрирующие одномерные струны.

plus.maths.org
plus.maths.org

В теории струн голографический принцип предполагает, что пространство может быть описано на границе этого пространства, то есть вся информация, содержащаяся в некой области пространства, может быть представлена как «голограмма» — теория, которая «живёт» на границе этой области. Вселенная — это голограмма, в которой физическая реальность трехмерного формата может быть математически сжата в двумерные проекции на ее поверхности.

Ученые разработали вариант голографического принципа, который преобразует измерение времени в хаотической теории инфляции, что позволило им описать модель, не полагаясь на общую теорию относительности. 

Это позволило математически сжать хаотическую теорию инфляции до безвременного состояния на пространственной поверхности в начале вселенной — создать голограмму хаотической инфляции.

Если отследить эволюцию нашей Вселенной обратно во времени, в какой-то момент мы окажемся на границе хаотической инфляции, где знакомое нам понятие времени теряет весь смысл, — объясняет Хертог.

В 1993 году Хокинг совместно с физиком Джеймсом Хартломпредложили идею “безграничной теории” или “состояния Хокинга-Хартла”. Они предположили, что до Большого взрыва существовало пространство, но не было времени. То есть Вселенная расширилась из одной точки, но у нее нет границ.

Согласно этой новой теории у ранней Вселенной все же была граница, именно это и позволило Хокингу и Хертогу вынести более надежные предсказания о структуре Вселенной. 

Мы предсказываем, что наша вселенная, в самом большом масштабе, относительно равномерна и в общем-то конечна. Поэтому она не является фрактальной структурой,

 — сказал Хокинг.

Такой результат не опровергает теорию множественной Вселенной, но сокращает ее до более мелкого масштаба. А это означает, что теорию о мультивселенной будет проще протестировать в будущем, если выкладки Хокинга и Хертога будут подтверждены другими физиками.

Хертог планирует протестировать теорию, изучая гравитационные волны, которые могли быть созданы хаотической инфляцией.

Эти волны теоретически слишком велики, чтобы их мог зафиксировать LIGO, но их смогут уловить будущие интерферометры гравитационных волн, вроде космического LISA, и дальнейшие исследования реликтового излучения.

_____

Подписывайтесь наш VK, там мы кстати не только публикуем статьи, но и проводим опросы наших подписчиков. Обнаружили что этот интсрумент реализован там очень удобно. Сейчас идет опрос на какую тему снять следующий ролик для нашего YouTube канала.

 — 
 — 

Статья была опубликована в Journal of High Energy Physics, ее можно целиком прочесть на arXiv. Кхм-кхм, удачи.